Устройство для регулирования расхода

 

Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промьшшенности в качестве технологического оборудования для управления расходом жидких и газонасыщенных сред. Цель изобретения - повьшение точности регулирования расхода. Для этого уст

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (l9) (11) (511 4 G 05 D 7/06

ИЛТИС"ММ%

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

i УЯ 1

1 ы

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4122945/24-24 (22) 23 ° 09 ° 86 (46) 29 ° 02.88. Ввл.Р 8 (72) В.М.Ноянов и В.А.Астапов (53) 62.50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 769500> кл. О 05 D 7/00, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 999025, кл. 0 05 D 7/00, 1981.

Авторское свидетельство СССР

У 117759, кл. Г 05 D 7/ОО, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ

РАСХОДА (57) Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве технологического оборудования для управления расходом жидких и газонасьпценных сред. Цель изобретения — повьппение точности регулирования расхода. Для этого уст1377832

25 ройство для регулирования расхода содержит расхбдомер 1, исполнительный орган 2, трубопровод 3, привод

4 с датчиком 5 угла поворота дросселирующих элементов исполнительного органа 2, формирователь 6 импульсов; реверсивный счетчик 7, задатчик 8 расхода, задатчик 11 временных интервалов, триггер 12, элементы И 13, 14,15, регистры 16 17,18, блок 19 сравнения кодов, элемент ИЛИ 20, Изобретение относится к устройствам для регулирования расхода текущей среды и может быть использовано в различных отраслях промышленности в качестве технологического оборудования для управления расходом жидких и газонасыщенных сред.

Цель изобретения — повышение точности регулирования расхода. 10

На фиг.l показана функциональная схема устройства; на фиг.2 — функциональная схема задатчика временных интервалов; на фиг.. 3 — функциональная схема формирователя управляющих 15 команд.

Устройство содержит расходомер 1 (например, турбинный преобразователь расхода (ТПР), исполнительный орган (дроссель) 2, трубопровод 3, по кото- 20 рому транспортируется текущая срера привод 4 с датчиком 5 угла поворота дросселирующих элементов исполнительного органа 2, формирователь 6 импульсов, реверсивный счетчик 7, задатчик 8 расхода, включающий, например, шифраторы 9-1, 9-2, ° .. ° 9-к и коммутирующие элементы 10- 1, 10-2, 10-к, задатчик ll временных интервалов, триггер 12, элементы И 30

13,14,15, регистры 16,17 и 18, блок

19 сравнения кодов, элемент ИЛИ 20, вычитатель 21, сумматор 22, цифроаналоговый преобразователь 23 (ЦАП), формирователь 24 управляющих команд, элементы 25 и 26 задержки, коммутатор

27 и формирователь 28 окончания цикла в составе блока 29 сравнения кодов, триггера 30 и элемента И 31. вычитатель 21, сумматор 22, цифроаналоговый преобразователь 23, формирователь 24 управляющих команд, элементы 25 и 26 задержки, коммутатор

27 и формирователь 28 окончания цикла, состоящий из блока 29 сравнения кодов, триггера 30 и элемента И 31

Задатчик ll содержит реверсивный счетчик, генератор тактовых импульсов регистр, D-триггеры, инвертор и элементы И. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Задатчик 11 временных интервалов может иметь несколько вариантов построения схемы. Например, он может быть выполнен на базе суммирующего кольцевого счетчика, по заполнению которого формируются команды окончания и через некоторый интервал времени — начала измерительных циклов.

Но наилучшие результаты могут быть получены, если задатчик выполнен по схеме, показанной на фиг.2. Этот вариант исключает сбои реверсивного счетчика 7 при изменении режимов его работы. Задатчик 11 содержит реверсивный счетчик 32, генератор 33 тактовых импульсов, регистр 34, D-триггеры 35,...,39, инвертор 40 и элементы И 41 и 42.

Состав формирователя 24 зависит от типа привода 4, используемого для управления дросселем 2. Применительно к электромеханическому приводу он содержит (фиг.3) элемент 43 сравнения, два компаратора 44, 45 и ключи

46,47.

Для управления дросселем 2 может быть использован гидравлический привод с аналоговым или цифровым входами. В первом случае формирователь

24 должен включать элемент сравнения и усилитель, а во втором — только согласующие усилители по числу разрядов командного слова.

Устройство работает следующим образом.

Весь диапазон регулирования расхода текущей среды, определяемый углом поворота дросселирующих элементов 2, 137783? разбивают на некоторое число дискретов, например, N „,,по которому устанавливают разрядность (емкость) регистра 18. Коэффициент передачи преобразователя 23 выбирают таким

5 образом, чтобы электрический сигнал, формируемый на его выходе при полном заполнении регистра 18, был равен сигналу, снимаемому с датчика 5 10 в крайнем положении дросселирующих элементов 2, соответствующему максимальному расходу текущей среды, равр р та„.

Предварительно осуществляют на" стройку блока 8 на заданные режимы регулирования расхода текущей среды.

Для этого по проливочной характеристике Ц = f(G) ТПР 1 определяют число импульсов, соответствующее 4 считываемых с его выхода при максимально возможном расходе текущей среды.С „ за интервалы времени, равные 1 с. Это число импульсов соответствует максимальной частоте их сле- 25 дования F „ . Тогда коэффициент К передачи по частоте может быть определен как отнонение

Nmox с

Flax

Для приведения в соответствие величины сигнала рассогласования и угла перестройки дросселирующих элементов

2 выбирают длительность Г цикла регулирования задатчика 11, численно равной коэффициенту К„, т.е. о =

Frnox

По проливочной характеристике ТПР определяют частоты У,, Р,..., F следования измерительных импульсов на заданных режимах работы устройства, соответствующих расходам текущей среды G-,, G, G и т.д.

По следующей формуле для каждого из этих режимов находят значения кодов, которые должны быть сформированы для поворота дросселирующих

50 элементов ? на углы, обеспечивающие

° расходы текущей среды G,, Г, 6 и т.д. 11к "Рк

Полученные значения кодов записыс вают в нифраторы 9-1,, 9-2,. ° .,9-к задатчика 8. Кроме того, в регистр

34 задатчика ll записывают код временной устанков, определяющей длительность цикла регулирования и

Для пуска устройства в работу в задатчике в задатчике 8 замыкают коммутирующий элемент 10-1, вследствие чего на информационные входы счетчика 7 с нифратора 9-1 поступает управляющий код N, . В регистр 18 записывают ту же величину кода N и за счет контура обратной связи, включающего элементы формирователя

24 и датчик 5,, дроссель 2 поворачивается на угол, соответствующий коду N< ° Затем включают подачу текущей среды к потребителям и в трубопроводе 3 устанавливается ретнм расхода, равный G, при котором на выходе TIIP формируется последовательность импульсов с частотой F:

Схема устройства .работает циклически. Длительность цикла постоянна и определяется кодовой уставкой регистра 34. В начале каждого цикла задатчик ll формирует импульсный сигнал НАЧАПО ЦИКЛА, который поступает на вход предуставки счетчика 7 и на первый вход триггера 12. По этой команде в счетчик 7 записывается код И,, сформированный на выходе задатчика 8, а триггер 12 устанавливается в единичное состояние, открывая элемент И 14. Импульсы напряжения с выхода расходомера ТПР 1 через формирователь 6 начинают поступать на вход вычитания реверсивного счетчика 7, .последовательно уменьная его содержимое. При несоответствии секундного расхода текущей среды заданному значению G, счетчик 7 формирует сигнал онибки в виде некоторого кодового числа ьп;. Например, по каким-либо причинам расход текущей среды уменьнается на величину ЬG,.

Частота следования импульсов с выхода расходомера ТПР 1 также уменьшается и содержимое счетчика 7 за интервал времени с не будет досчитано до нуЛя.

По окончании цикла регулирования задатчик ll формирует импульсный сигнал КОНЕЦ ЦИКЛА, по которому остаток содержимого счетчика 7 и состояние триггера 1? переписываются в регистр 16. Импульс КОНЕЦ ЦИКЛА возбуждается задатчиком 11 таким образом, чтобы в момент его появления переходной процесс в счетчике 7 от действия очередного импульса измери1377832 тельной частоты закончился. Сразу же после снятия импульса КОНЕЦ ЦИКЛА, задатчик 11 формирует сигнал НАЧАЛО

ЦИКЛА и цикл регулирования повторя5 ется.

В задатчике l l начало каждого цикла сопровождается записью в счетчике

32 кода регистра 34. Счетчик работает в режиме вычитания импульсов 10 генератора 33. При считывании содержимого этого счетчика до нуля на его выходе переноса появляется сигнал лог. 1. С помощью триггеров 35 и 36 он синхронизируется с передним фрон-. том импульса измерительной частоты, для чего С-вход триггера 36 соединен с выходом формирователя 6. Поскольку счетчик 7 производит считывание импульсов измерительной частоты по их 20 задним фронтам, а его быстродействие достаточно высоко, то в момент пере, ключения триггера 36 переходной про- . цесс в счетчике 7 закончится и остаток его содержимого можно переписы- 25 вать в регистр 16. Это осуществляется с помощьв схемы синхронизации, собранной на триггерах 37 — 39 и логических элементах 40,42, которые включаются но переднему фронту им- . 30 пульса на выходе триггера 36, формируя сигнал КОНЕЦ ЦИКЛА, равный по длительности паузе между импульсами образцовой частоты. Со сдвигом на период частоты генератора 33 относи« тельно этого сигнала на выходе элемента И 41 формируется одиночный импульс НАЧАЛО ЦИКЛА, действие которого было рассмотрено выщее. Далее .. цикл работы схемы повторяется. 40

При увеличении секундного расхода текущей среды относительно заданного значения G„ частота измерительных импульсов, формируемых на выходе

ТПР, также увеличивается и за период 45 времени Т содержимое счетчика 7 успевает уменьииться до нуля. При этом на его выходе формируется сигнал переноса в виде лог.l. Он подается на вход R принудительной установки в "0» счетчика 7 и на вход обнуления триггера 12. В результате изменяется состояние элементов И 13,14 и выход формирователя 6 подключается к суммирующему входу счетчика 7. Последний накапливает число измерительных импульсов до прихода сигнала КОНЕЦ

ЦИКЛА, по которому полученный код п; рассогласования и его знак (нулевой сигнал с прямого выхода триггера

12) переписываются в регистр 16.

Таким образом, каждый измерительный цикл заканчивается выделением информации о величине и знаке сигнала рассогласования, которая фиксируется в регистре 16 и затем обрабатывается в следующей последовательности: — блок 19 сравнивает сигнал рассогласования ап; с кодом Nù, определяющему зону нечувствительности устройства (обычно N „ составляет 1-2 дискрета)» и при п; > N,„ формирует на своем выходе напряжение, которое открывает элемент И 15; — через некоторый интервал времени после окончания измерительного цикла на первом выходе задатчика 11 формируется сигнал, который через открытый элемент И 15 и элемент ИЛИ 20 поступает на управляющий вход вычитателя

21; — по этой команде вычитатель 21 определяет разность кодов F-, равную

nn; — b.n,, где дп;, — кодовый сигнал рассогласования, выделенный счетчиком 7 на предыдущем цикле и хранящийся в регистре 17 (в данном случае ап;, = 0), а также знак этой разности в виде лог. сигналов »О» или

"1»

- знаковые сигналы управляют коммутатором 27, если с ) О, то информационный вход коммутатора подключается к его другому выходу, и через интервал времени, равный настройке элемента 26 задержки и достаточный для выполнения всех операций вычитателем 21, командный импульс напряжения с выхода элемента ИЛИ 20 поступает на управляющий вход сумматора 22;

- последний в зависимости от знака сигнала рассогласования ап; увеличивает или уменьшает содержимое регистра 18 на величину Я;

- через интервал времени, соответствувщий уставке элемента 25 задержки, результат вычисления переписывается в выходной регистр 18; — напряжение на выходе преобразователя 23 увеличивается или уменьшается, вследствие чего срабатывает один из компараторов 44 и 45 формирователя 24, замыкается его ключ 46 или 47 и привод 4 приоткрывает или закрывает дроссель на угол, соответствующий числу дискретов кода дп; (Ьп);

1377832 — расход текущей, среды в трубопроводе 3 изменяется и становится равным заданому значении С<, — перед окончанием измерительного

5 цикла на третьем выходе задатчика Il возбуждается командный импульс напряжения, по которому содержимое регистра 16 переписывается в регистр 17.

Дпя изменения уровня регулируемого расхода в работу включается другой шифратор задатчика 8. Например, перекличаится коммутируищие эле. менты 10-1, 10-2, на информационных входах счетчика 7 устанавливается код N< и схема устройства начинает перестраиваться на режим расхода, равный величине Г2. По истечении измерительного цикла, на который пришлась смена управляищей информации, на выходах счетчика,7 выделяется сигнал рассогласования дп,, равный разности кодов N — N,. Этот сигнал поступает на первые информационные входы сумматора 2? и суммируется с 25 кодом выходного регистра 18. В результате его содержимое увеличивается, а преобразователь 23 вносит соответствуищуи коррекции в настройку формирователя 24. Исполнительный орган 2 занимает другое положение, соответ1 ствуищее меньшему перепаду давления на его дросселируищих элементах, что является достаточным условием для увеличения секундного расхода текущей среды. Причем регулируемая величина изменяется не скачкообразно, а по некоторой кривой, отражаищей реакции системы на управляищее воздействие.

В общем случае одной перестройки дросселя 2 может оказаться недостаточно для полной компенсации возникmего сигнала рассогласования. Тогда схема устройства без лишних потерь времени вкличается на повторнуи коррекции расхода текущей среды. Эта задача решается с помощьи формирователя 28. Он включается в работу каждый раз когда вычитатель 21 выУ

50 являет положительнуи разность 6 сиг,налов рассогласования и дает команду на перестройку дросселя 2. Одновременно эта команда поступает на третий вход формирователя 28 и устанавливает в единичное состояние триг- 55 гер 30, подготавливая к открытии элемент И 31. На участке переходного процесса разность Е кодов, определяемая вычитателем 21, отрицательна (дп; =- дп; ),и к информационному входу коммутатора 27 остается подключенным его первый выход. Поэтому импульсные сигналы с выхода элемента

26 задержки транслируится на второй вход формирователя 28 и далее на один из входов элемента И 31 ° Переходный процесс можно считать закончившимся, если абсолитное значение разности Я кодов уменьшается до нескольких дискретов (обычно до 2-4 единиц) °

Это пороговое значение переходной характеристики в виде кодовой уставки

N„„ 29 через одну группу его входов, а через.его другуи группу входов поступает разность

E кодов с выходов вычитателя 21. Блок

29 сравнивает эти коды и,, когда И„„ станет равным или превысит число F формирует на своем выходе единичный сигнал, открываищий элемент И 31 °

Очередной импульс напряжения, поступаищий в формирователь 28, проходит на его выход и поступает далее на вход обнуления регистра 17 и на вход элемента ИЛИ 20. Регистр 17 приводится в исходное состояние, а вычитатель 21 выделяет на своих выходах фактический сигнал ошибки Я, рав-! ный, например, дп со знаком плис.

Этот сигнал, аналогично описанному, поступает на первые входы сумматора

22 и суммируется с кодом регистра 18 °

Угол поворота дросселируищих элементов 2 увеличивается на число дискре; тов кода дп и расход текущей среды становится равным G2.

В общем случае возмущаищее воздействие в рассматриваемом контуре регу; лирования может носить произвольный характер. Каждый раз производится перестройка дросселя 2, причем глубина этих коррекций пропорциональна разности сигналов рассогласования, выделяемых в конце текущего и пре-,,дыдущего измерительных циклах,. т.е. скорости изменения регулируемого параметра. Окончание переходного режима и необходимость повторной коррекции расхода текущей среды для устранения имевшего место возмущения уста" навливается с помощьи формирователя

28, аналогично описанному.

Формула изобретения

1 ° Устройство для регулирования расхода, содержащее расходомер, уста1377832

10 новленный на трубопроводе и подклю-. ченный выходом к входу формирователя импульсов, исполнительный орган с приводом, реверсивный счетчик, разрядные выходы которого соединены с разрядными входами первого регистра, задатчик расхода, первый и второй элементы И, соединенные выходами соответственно с суммирующим и вычитающим входами реверсивного счетчика, задатчик временных интервалов, цифроаналоговый преобразователь, первый элемент задержки, два блока сравне-ния кодов, последовательно соединенные 15 третий элемент И и элемент ИЛИ, а также коммутатор и четвертый элемент

И, о т л и ч а ю щ е е с я тем,что, с целью повыщения точности, в устройство введены два триггера, второй 20 элемент задержки, второй и третий регистры, датчик угла поворота, формирователь управляющих команд, сумматор и вычитатель кодов, причем выходы задатчика расхода соединены с информационными входами реверсивного счетчика, выход переноса которого соединен с входами установок в

"О" реверсивного счетчика и первого триггера, подключенного инверсным и прямым выходами к первым входам соответственно первого и второго элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов и входом задатчика временных интервалов, подключенного первым

35 выходом к управляющему входу первого регистра, вторым выходом — к управляющему входу второго регистра, а третьим выходом — к первому входу третьего элемента И, к входу установки в "1" первого триггера и входу начальной установки реверсивного счетчика, датчик угла поворота соединен выходом с первым входом форми" 5 рователя управляющих команд, подключенного первым и вторым выходами с соответствующими входами привода uci полнительного органа, а вторым входом — с выходом цифроаналогового пре50 образователя, второй вход третьего элемента И соединен с выходом перво.го блока сравнения кодов, первые входы которого подключены к соответствующим выходам задатчика зоны нечувствительности а вторые входы—

55 к соответствующим информационным входам второго регистра, первым входам вычитателя и выходам первого регистра, знаковый вход которого соединен с прямым выходом первого триггера, а знаковый выход — со знаковым входом сумматора, соединенного первыми входами с соответствующими выходами третьего регистра и входами цифроаналогового преобразователя, вторыми входами — с соответствующими выходами вычитателя и первыми входами второго блока сравнения кодов, а выходами — с соответствующими информационными входами третьего регистра, подключенного управляющим входом к выходу первого элемента задержки, выход элемента ИЛИ соединен с входом второго элемента задержки и управляющим входом вычитателя, вторые входы которого соединены с соответствующими выходами второго регистра, а знаковый выход вычитателя соединен с управляющим входом коммутатора, информационный вход которого соединен с выходом второго элемента задержки, первый вход четвертого элемента И соединен с выходом второго блока сравнения кодов, подключенного вторыми входами к соответствующим выходам задатчика порога, второй вход четвертого элемента И соединен с первым выходом коммутатора, подключенного вторым выходом к первому входу второго триггера, входу первого элемента задержки и управляющему входу сумматора, третий вход четвертого элемента И соединен с выходом второго триггера, а выход четвертого элемента И соединен с вторым входом второго триггера, вторым входом элемента

ИЛИ и входом установки в "О" второго регистра.

2. Устройство по п.1, о т л и .— ч а ю щ е е с я тем, что задатчик временных интервалов содержит генератор тактовых импульсов, регистр, реверсивный счетчик, пять D òðèããåðîâ, элемент НЕ и два элемента И, причем выходы регистра соединены с соответствующими информационными входами реверсивного счетчика, подключенного выходом к тактовому входу первого триггера, соединенного 1)-входом с выходом задатчика единичного сигнала, а выходом — к D-входу второго триггера, у которого инверсный выход соединен с входом начальной установки реверсивного счетчика и входом установки в "0" первого триггера, а прямой выход соединен с тактовым входом

12

«ЗПВЗ2

)1 третьего триггера, подключенного выходом к D-входу четвертого триггера, соединенного инверсным выходом с входом установки в "О" третьего

5 триггера, а IIpHMbIM BblxopoM — с первым входом первого элемента И и D-входом пятого триггера, подключенного выходом к первому входу второго элемента

И, выход генератора тактовых импульсов соединен с входом вычитания

peBepcHBHoro счетчика, тактовыми входами четвертого и пятого триггеров и входом эпемента НЕ, подключенного выходом к вторым входам первого и второго элементов И, при этом тактовый вход второго триггера является входом блока, выход первого элемента

И является первым выходом задатчика, выход реверсивного счетчика — вторым выходом эадатчика, а выход второго элемента И вЂ” третьим выходом задатчика.

1377832

Составитель В.Прямицын

Редактор А,Долинич Техред М.Дидык Корректор М.Максимининец

Тираж 866 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Заказ 873/45

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная,4